(57)【要約】【課題】走行中であっても正確かつ簡単に鉛バッテリの状態を検知できるバッテリ状態検知装置及びその関連技術を提供する。【解決手段】近接したタイミングで鉛バッテリ７に対する充電と放電とが行われた際に、検知処理部５に、その充放電を電流検出部１を介して検出させ、その充電に基づく充電内部抵抗値と放電に基づく放電内部抵抗値とを取得させる。充電内部抵抗値及び放電内部抵抗値は、その充放電時に電流検出部１を介して検出される充放電の電流値と、電圧検出部３を介して検出されるその充放電の開始の前後における端子電圧の変化量とに基づいて、オームの関係式等を用いて導出されて取得される。そして、検知処理部５に、その両内部抵抗値の比を導出させ、その導出した両内部抵抗値の比に基づいてその時点における鉛バッテリ７の電池残量を検知させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される鉛バッテリの状態を検知するバッテリ状態検知装置であって、
前記鉛バッテリに対して充電又は放電される電流を検出する電流検出手段と、
前記鉛バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記鉛バッテリに対する充電又は放電が開始された際に、前記電流検出手段を介して検出されるその充放電の電流値と、前記電圧検出手段を介して検出されるその充放電の開始の前後における前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの状態を検知する検知処理手段と、
を備えることを特徴とするバッテリ状態検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリ状態検知装置において、
前記検知処理手段は、
前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの内部抵抗値を導出し、その内部抵抗値に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
【請求項３】
請求項２に記載のバッテリ状態検知装置において、
前記検知処理手段は、
前記鉛バッテリに対する充電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である充電内部抵抗値と、前記鉛バッテリに対する放電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である放電内部抵抗値とに基づいて前記鉛バッテリの状態を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
【請求項４】
請求項３に記載のバッテリ状態検知装置において、
前記検知処理手段は、
前記充電内部抵抗値と前記放電内部抵抗値との比に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のバッテリ状態検知装置において、
前記検知処理手段は、前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの電池残量及び劣化度のうちの少なくともいずれか一方を検知することを特徴とするバッテリ状態検知装置。
【請求項６】
車両に搭載される鉛バッテリの状態を検知するバッテリ状態検知方法であって、
前記鉛バッテリに対して充電又は放電される電流を検出する電流検出手段と、前記鉛バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段とを用い、
前記鉛バッテリに対する充電又は放電が開始された際に、前記電流検出手段を介して検出されるその充放電の電流値と、前記電圧検出手段を介して検出されるその充放電の開始の前後における前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの状態を検知することを特徴とするバッテリ状態検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される鉛バッテリの状態（電池残量又は劣化度）を検知するバッテリ状態検知装置及びその関連技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載された鉛バッテリの状態検知を行う技術としては、従来より種々のものが提案されているが、頻繁に充放電が行われている使用中（走行中等）の鉛バッテリの状態を正確に検知するのは困難である。例えば、従来技術として、鉛バッテリの開放端子電圧を検出して電池残量を検知する技術があるが、走行中等は鉛バッテリに対する充放電が度々行われるため、鉛バッテリの溶液中の濃度勾配等の影響により、開放端子電圧が安定せず、電池残量を正確に検知することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の解決すべき課題は、走行中であっても正確かつ簡単に鉛バッテリの状態を検知できるバッテリ状態検知装置及びその関連技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、車両に搭載される鉛バッテリの状態を検知するバッテリ状態検知装置であって、前記鉛バッテリに対して充電又は放電される電流を検出する電流検出手段と、前記鉛バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記鉛バッテリに対する充電又は放電が開始された際に、前記電流検出手段を介して検出されるその充放電の電流値と、前記電圧検出手段を介して検出されるその充放電の開始の前後における前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの状態を検知する検知処理手段とを備える。
【０００５】
また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るバッテリ状態検知装置において、前記検知処理手段は、前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの内部抵抗値を導出し、その内部抵抗値に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知する。
【０００６】
また、請求項３の発明では、請求項２の発明に係るバッテリ状態検知装置において、前記検知処理手段は、前記鉛バッテリに対する充電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である充電内部抵抗値と、前記鉛バッテリに対する放電が行われた際に導出した前記内部抵抗値である放電内部抵抗値とに基づいて前記鉛バッテリの状態を検知する。
【０００７】
また、請求項４の発明では、請求項３の発明に係るバッテリ状態検知装置において、前記検知処理手段は、前記充電内部抵抗値と前記放電内部抵抗値との比に基づいて前記鉛バッテリの状態を検知する。
【０００８】
また、請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれかの発明に係るバッテリ状態検知装置において、前記検知処理手段は、前記充放電の電流値と前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの電池残量及び劣化度のうちの少なくともいずれか一方を検知する。
【０００９】
また、請求項６の発明では、車両に搭載される鉛バッテリの状態を検知するバッテリ状態検知方法であって、前記鉛バッテリに対して充電又は放電される電流を検出する電流検出手段と、前記鉛バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段とを用い、前記鉛バッテリに対する充電又は放電が開始された際に、前記電流検出手段を介して検出されるその充放電の電流値と、前記電圧検出手段を介して検出されるその充放電の開始の前後における前記端子電圧の変化量とに基づいて、前記鉛バッテリの状態を検知する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１ないし６に記載の発明によれば、鉛バッテリに対する充電又は放電が開始された際に、その充放電の電流値と、その充放電の開始の前後の鉛バッテリの端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリの状態を検知するため、走行中であっても、所望の充放電のタイミングに合わせて鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、充放電の電流値と端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリの内部抵抗値を導出し、その内部抵抗値に基づいて鉛バッテリの状態を検知するため、鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、鉛バッテリに対する充電が行われた際に導出した内部抵抗値である充電内部抵抗値と、鉛バッテリに対する放電が行われた際に導出した内部抵抗値である放電内部抵抗値とに基づいて鉛バッテリの状態を検知するため、鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比に基づいて鉛バッテリの状態を検知するため、鉛バッテリの状態を正確かつ簡単に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリ状態検知装置（以下、単に「状態検知装置」という）のブロック図である。この状態検知装置は、図１に示すように、電流検出部（電流検出手段）１と、電圧検出部（電圧検出手段）３と、ＣＰＵ等により構成される検知処理部（検知処理手段）５とを備えて構成され、車両に搭載される鉛バッテリ７の状態（電池残量及び劣化度の少なくともいずれか一方）を検知する。ここで、電池残量とは、鉛バッテリ７の満充電時を基準とした放電可能な電荷量を示し、劣化度とは経年変化による鉛バッテリ７の劣化の度合いを示している。
【００１５】
電流検出部１は、鉛バッテリ７のプラス端子に接続される充放電用の通電路９に介挿されており、鉛バッテリ７に対して充電又は放電される電流を検出する。電圧検出部３は、鉛バッテリ７の端子電圧を検出する。
【００１６】
検知処理部５は、鉛バッテリ７に対する充電又は放電が開始された際に、電流検出部１を介して検出されるその充放電の電流値と、電圧検出部３を介して検出されるその充放電の開始の前後における端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリ７の電池残量及び劣化度を検知する。鉛バッテリ７に対する充電又は放電の開始の検知処理部５による検知は、例えば電流検出部１による充放電電流の検出に基づいて行われる。
【００１７】
以下に、本実施形態に係る鉛バッテリ７の状態検知の原理について説明する。
【００１８】
図２は、鉛バッテリに対して種々の電流値で充放電が行われた際の端子電圧の変化状況を計測した結果を示すグラフである。図２の試験では、開放端子電圧がその電池残量に対応する値に安定した状態にある鉛バッテリ７に対して、開放端子電圧（電池残量）を種々に異ならせて種々のレベルの充放電を行わせ、その各充放電の開始直後（例えば、充放電の開始から１００ｍｓ後（充放電は継続中））における端子電圧を計測した。図２のグラフの横軸は開放端子電圧に対応し、縦軸は充放電の開始直後の端子電圧に対応している。そして、図２のグラフＧ１ａ〜Ｇ１ｃの各系列は、各開放端子電圧において５Ａ、１０Ａ、１５Ａの充電を行った際の充電開始から微小時間後（例えば、１００ｍｓ後）の端子電圧の計測結果に対応しており、グラフＧ２ａ〜Ｇ２ｃの各系列は、各開放端子電圧において５Ａ、１０Ａ、１５Ａの放電を行った際の放電開始から微小時間後（例えば、１００ｍｓ後）の端子電圧の計測結果に対応している。また、グラフＧ３の系列は、充放電を行わないとき（端子電圧の変化がないとき）の状態を参考として表したものである。
【００１９】
図２の試験結果より、開放端子電圧が比較的高い状態（電池残量が大きい状態）（例えば、図２のＡ１で示す領域）では、開放端子電圧が高いほど（電池残量が大きいほど）充放電（特に、充電）に対する鉛バッテリ７の端子電圧の変化量が大きいことが分かる。これより、充放電時の電流値と端子電圧の変化量とに基づいて、少なくとも鉛バッテリ７の電池残量が推定可能であることが分かる。
【００２０】
また、これらの数量値は、次に述べるように鉛バッテリ７の劣化度にも大きく関係しており、これらの数量値に基づいて鉛バッテリ７の劣化度も推定可能である。図３は、劣化度の異なる２種類の鉛バッテリについて充放電に伴う端子電圧の変化量を比較したグラフである。より詳細には、図３のグラフＧ１１は、電池残量が約８０％の新品の鉛バッテリ７に対して電流値を変化させつつ充放電を行わせて、充放電時の端子電圧の変化量を計測した結果を示し、グラフＧ１２は、電池残量が約７５％の劣化品の鉛バッテリ７に対して電流値を変化させつつ充放電を行わせて、充放電時の端子電圧の変化量を計測した結果を示している。図３のグラフより、電池残量が同レベルであれば、各レベルの充放電に対する端子電圧の変化量が、新品より劣化品の方が大きくなっていることが分かる。
【００２１】
本実施形態では、鉛バッテリ７の電池残量及び劣化度を推定するためのさらに有利な数量指標を取得するため、検知処理部５に、充放電時の電流値と端子電圧の変化量とに基づいてその時点における鉛バッテリ７の内部抵抗値を導出させるようにしている。内部抵抗値Ｒinの導出は、例えば充放電時の電流値Ｉ及び端子電圧の変化量ｄＶを用いて、オームの法則に基づく、
Ｒin＝ｄＶ／Ｉ
の関係式により行うことができる。
【００２２】
図４は、鉛バッテリ（新品の鉛バッテリ）に対して所定電流値の充放電が行われた際の開放端子電圧と導出した内部抵抗値との関係を示すグラフであり、グラフの横軸は開放端子電圧に対応し、縦軸は内部抵抗値に対応している。より詳細には、図４のグラフＧ２１は、異なる各開放端子電圧において１０Ａの充電を行った際の計測結果に基づいて導出された内部抵抗値（充電内部抵抗値）を示しており、グラフＧ２２は、異なる各開放端子電圧において１０Ａの放電を行った際の計測結果に基づいて導出された内部抵抗値（放電内部抵抗値）を示している。図４のグラフより、特に開放端子電圧の比較的高い状態において、内部抵抗値（特に、充電の際に導出した充電内部抵抗値）と開放端子電圧（電池残量）との相関が強く現れていることが分かる。
【００２３】
また、内部抵抗値は鉛バッテリ７の劣化度を評価するのに非常に有効な数量指標であるため（一般に、劣化が進むにつれて内部抵抗値が増大する）、この導出した内部抵抗値を用いて鉛バッテリ７の劣化度を推定することができる。よって、例えば、その導出した充電内部抵抗値及び放電内部抵抗値のいずれか一方、又は両方に基づいて、検知処理部５に鉛バッテリ７の劣化度を検知させるようにすることができる。この場合、例えば、所定の閾値レベルを設け、充電内部抵抗値又は放電内部抵抗値がその閾値レベルを上回ったことを検知した場合に、検知処理部５に鉛バッテリ７の劣化を報知するための報知信号を出力させるようにしてもよい。
【００２４】
また、本実施形態では、鉛バッテリ７の状態検知のためのさらに有効な数量指標を得るため、互いに近接したタイミングで取得した充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比を算出して状態検知に用いるようにしている。図５は、異なる開放端子電圧において鉛バッテリ（新品の鉛バッテリ）に所定電流値の充放電を行わせた際に取得した充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比の値を示すグラフである。より詳細には、図５の充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比の値は、異なる複数の開放端子電圧において、近似したタイミングで所定電流値（例えば、１０Ａ）の充電と放電とを鉛バッテリ７に対して行い、その充放電の際に上述の手法で充電内部抵抗値と放電内部抵抗値とを取得し、その充電内部抵抗値を放電内部抵抗値で割り算することにより導出している。図５のグラフより、開放端子電圧が比較的高い状態（電池残量が比較的多い状態）では、両内部抵抗値の比と開放端子電圧（電池残量）との間に比例関係に近い顕著な相関関係があり、両内部抵抗値の比より電池残量が推定可能であることが分かる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、近接したタイミングで鉛バッテリ７に対する充電と放電とが行われた際に、検知処理部５に、その充放電を電流検出部１を介して検出させ、その充電に基づく充電内部抵抗値と放電に基づく放電内部抵抗値とを取得させる。充電内部抵抗値及び放電内部抵抗値は、上述のように、その充放電時に電流検出部１を介して検出される充放電の電流値と、電圧検出部３を介して検出されるその充放電の開始の前後における端子電圧の変化量（例えば、充放電の開始前の端子電圧と充放電が開始されてから１００ｍｓ後の端子電圧との差）とに基づいて、オームの関係式等を用いて導出されて取得される。そして、検知処理部５に、その両内部抵抗値の比（例えば、充電内部抵抗値を放電内部抵抗値で割り算した値）を導出させ、その導出した両内部抵抗値の比に基づいてその時点における鉛バッテリ７の状態（特に、電池残量）を検知させるようになっている。
【００２６】
ここで、両内部抵抗値の比に基づく電池残量の検知は、例えば、両内部抵抗値と電池残量との対応関係を試験により予め取得してその対応関係を示すデータ（データテーブル等）を検知処理部５の記憶部に登録しておき、その対応関係データを用いて行うことができる。この場合、検知処理部５に、その検知した電池残量に関する情報を所定の図示しない表示部を介して表示させるようにしてもよい。
【００２７】
なお、本実施形態では、鉛バッテリ７に対する充放電が行われるのを検知して、そのタイミングで鉛バッテリ７の状態検知を行うようにしているが、検知処理部７に負荷、オルタネータ、レギュレータ等を制御させて鉛バッテリ７の所定レベルの充放電を行わせることにより、状態検知に利用可能な鉛バッテリ７に対する充放電のタイミングを検知処理部５が積極的に制御するようにしてもよい。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、鉛バッテリ７に対する充電又は放電が開始された際に、その充放電の電流値と、その充放電の開始の前後の鉛バッテリ７の端子電圧の変化量とに基づいて、鉛バッテリ７の状態を検知するため、走行中であっても、所望の充放電のタイミングに合わせて鉛バッテリ７の状態を正確かつ簡単に検知することができる。
【００２９】
特に、本実施形態では、近似したタイミングで鉛バッテリ７に対して行われる充電及び放電に伴う計測に基づいて導出された充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比に基づいて鉛バッテリ７の状態（特に、電池残量）の検知が行われるため、状態検知をより正確かつ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るバッテリ状態検知装置のブロック図である。
【図２】鉛バッテリに対して種々の電流値で充放電が行われた際の端子電圧の変化状況を計測した結果を示すグラフである。
【図３】劣化度の異なる２種類の鉛バッテリについて充放電に伴う端子電圧の変化量を比較したグラフである。
【図４】鉛バッテリに対して所定電流値の充放電が行われた際の開放端子電圧と導出した内部抵抗値との関係を示すグラフである。
【図５】異なる開放端子電圧において鉛バッテリに所定電流値の充放電を行わせた際に取得した充電内部抵抗値と放電内部抵抗値との比の値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１  電流検出部
３  電圧検出部
５  検知処理部
７  鉛バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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